[发明专利]单频内腔倍频激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器，具体属于一种单频内腔倍频激光器。

背景技术

以激光器为核心的激光技术，对先进制造业及相关产业、科学技术、医疗技术和国防科技的进步与发展起到越来越重要的作用。特别是实现单频运转的激光器以及经内腔倍频过程得到的可见光波段激光器更是以其优良的输出特性可广泛应用科学研究、国防建设、生物医疗、信息产业等领域。许多研究工作者在这个领域做了大量的研究工作。现已有多种方法能使激光器实现单频运转，例如用扭转模谐振腔、短腔谐振、谐振腔中插入标准具或双折射滤光片等方法。但在高功率激光运转、特别要实现稳定单频运转情况下，最佳方案还是设计环形激光谐振腔，通过在谐振腔中插入光学单向器使激光器单向运转、消除空间烧孔效应，来实现单频激光器。

在环形谐振腔单频激光器中，一般在腔内放置由起偏器、法拉第旋转器和半波片组成的光学隔离器，使激光束只能以行波方式单向传播。从而实现选模(见在论文K.I.Martin，W.A.Clarkson，and D.C.Hanna，“3W of single-frequency output at 532nm by intracavity frequencydoubling of a diode-bar-pumped Nd:YAG ring laser，”Optics Letters，Vol.21，No.12，875-877(1996))。但是，上述设计中起偏器的插入不仅引入插入损耗，而且也增加了激光器调节的难度。

如果在激光器的设计中所用的激光晶体为各向异性单轴晶体，受激发射的激光为线偏振光，则无需在腔内插入起偏器，仅仅用法拉第旋转器和半波片就能实现有效选模，这种方法在中国专利(“全固化单频倍频激光器”，专利号：98125474.8)中已有叙述。但是，这种激光器只能工作在中小功率。当泵浦功率较高时、激光增益较大时，仅用上述专利中所述的方法不足以使激光器稳定单频运转。

在高功率环形内腔倍频激光器中，(Yaohui Zheng，Huadong Lu，Fengqin Li，KuanshouZhang，Kunchi Peng，“Four watt long-term stable intracavity frequency-doubling Nd:YVO4 laser ofsingle-frequency operation pumped by a fiber-coupled laser diode，”Applied Optics，Vol.46，No.22，5336-5339(2007))，由于倍频转换损耗是激光器主要的损耗，当倍频晶体的光谱接受带宽与增益介质的受激发射带宽的比值小于一定值时，激光器跳模现象严重，并激发多纵模振荡。可采用单向器和标准具复合选模的方法来选取纵模，获得单频激光输出。

如果在激光器的设计中所用的激光晶体为各向异性单轴晶体，所激发的为偏振激光光谱，其中一个偏振方向(如平行于光轴方向，π偏振)的受激发射截面较大，而与之垂直的偏振方向(如垂直于光轴方向，σ偏振)的受激发射截面相对较小。如果设计的激光器需以π偏振激光运转时，则无需在谐振腔中插入起偏元件，仅靠增益竞争即可实现π偏振激光运转；但如果设计的激光器需以σ偏振激光运转时，则需在谐振腔中插入起偏元件，通过损耗抑制π偏振激光振荡，从而实现σ偏振激光运转。利用上述原理，当激光器π偏振激光振荡、基频单频运转时，无需在谐振腔中插入起偏器，激光器可长期单频稳定运转。但当激光器在高功率内腔倍频运转下，由于存在大的倍频非线性转换损耗，σ偏振激光的净增益将会大于π偏振激光，σ偏振激光将起振，于是激光器的运转状态发生变化。当改变激光器的泵浦功率或激光谐振腔发生微小变化时，激光器的单向状态容易发生改变导致激光器不能稳定单频运转。另外，倍频损耗会使激光晶体在各个方向的净增益大小相当，不能通过增益竞争得到偏振度很好的线偏振光，结果也会影响激光器的单向状态。要使激光器稳定单频倍频运转，可在谐振中插入起偏器来实现。但起偏器的插入增加了内腔元件，一方面导致内腔损耗增大导致转换效率降低，另一方面元件增多导致激光器调节难度加大。

发明内容

本发明的目的是提供一种长时间单频稳定运转、输出激光偏振度高、激光转化效率高、结构紧凑，调节简单的单频内腔倍频激光器。